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三电平双向全桥多谐振DC-DC变换器研究
Three-Level Bidirectional Full-Bridge Multiresonant DC-DC Converter
| 作者 | 张纯江李旭明刘明郭忠南阚志忠 |
| 期刊 | 电源学报 |
| 出版日期 | 2025年1月 |
| 卷/期 | 第 23 卷 第 1 期 |
| 技术分类 | 储能系统技术 |
| 技术标签 | 储能系统 DC-DC变换器 LLC谐振 三电平 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 三电平 双向直流变换器 多谐振 软开关 高增益 张纯江 李旭明 刘明 郭忠南 阚志忠 电源学报 Journal of power supply |
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针对储能系统中直流母线电压高、电池侧电压低且变化范围宽的问题，提出一种三电平双向全桥多谐振DC-DC变换器。高压侧采用三电平结构以降低开关管电压应力，谐振腔采用对称LLCLC多谐振结构，实现正反向功率传输的对等控制。结合改进的同步变频控制策略，确保高低压侧开关管在全范围内实现零电压开通。相比传统LLC拓扑，该拓扑在较窄频率范围内可获得更宽电压增益，并通过优化谐振参数，利用基波与3次谐波共同传输功率，提升高频段效率。2 kW样机实验验证了理论分析的正确性。
针对储能系统中通常直流母线侧电压等级较高而电池侧电压较低且电压变化范围宽的情况,提出1 种三电平双向全桥多谐振DC-DC变换器拓扑,其高压侧采用三电平结构,可减小开关管的电压应力.谐振腔设计为带有辅助电感的LLCLC多谐振结构,使其等效电路左右对称,可达成正、反向工作对等驱动控制,从而实现功率双向传输.采用改进的同步变频控制策略,使高、低压侧开关管正、反向工作时均可实现全范围零电压开通.与传统 LLC 谐振拓扑相比,所提拓扑能够在较窄的频率范围内实现更宽范围的电压增益.通过对谐振腔参数的优化设计可使变换器同时传输电流基波和3次谐波功率,在高频段提高能量的传输效率.最后搭建2 kW实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性.
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SunView 深度解读
该三电平双向全桥多谐振DC-DC变换器技术对阳光电源ST系列储能变流器和PowerTitan大型储能系统具有重要应用价值。其三电平拓扑与阳光电源现有三电平技术路线高度契合，可有效降低1500V高压母线侧开关管应力；LLCLC多谐振结构实现的宽范围电压增益特性，能够适配储能系统中电池200-900V的宽电压变化范围；双向对等控制和全范围ZVS软开关技术可直接提升ST系列产品的充放电效率。基波与3次谐波协同传输功率的优化方法，为阳光电源功率模块设计提供创新思路，预期可使储能变流器峰值效率提升0.5-1%，同时缩窄调频范围降低EMI设计难度，增强产品市场竞争力。